大气PM2.5对机体糖代谢的影响

大气PM2.5对机体糖代谢的影响

冯亚楠，焦凡迪，朱杉荟，祁潇涵，司晨阳，刘慧

华北理工大学公共卫生学院，河北 唐山 063210

摘要 PM2.5由于其成分复杂可对机体造成严重危害，随着对PM2.5健康风险的深入研究，其对糖尿病的影响成为新的关注点。本研究从PM2.5现状、PM2.5与糖代谢的关系以及可能机制分析了PM2.5暴露对机体糖代谢的影响。以期为今后研究PM2.5暴露对糖尿病的作用和机制提供一些参考。

关键词 PM2.5；糖代谢；炎症反应；机制

1.1大气PM2.5现状

空气污染是由环境颗粒物(particulate matter, PM)、 有害气体、有机化合物和金属等多种成分组成的混合物所造成的，PM被认为是对人类健康最广泛的威胁，与疾病密切相关[1,2]。近年来，随着城市规模的扩大和空气污染的日益严重，PM2.5对人体健康的影响越来越受到关注。《2021年全球空气质量报告》显示，全球97% 的城市的年平均空气污染超过了世界卫生组织的空气质量指南，117个国家和地区中仅有3%的城市达到世卫组织PM2.5新标准，使得空气污染影响人类健康的全球性问题[3]。污染空气是富含可吸入细颗粒物、一氧化碳、铅、二氧化氮、臭氧、二氧化硫等有害成分的混合物，其中可吸入细颗粒物（PM 2.5) 是最受关注的环境污染指标之一。PM2.5是大气中动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物。富含大量有毒有害物质，具有在大气中滞留时间长、输送距离远的特点。它对人类健康和空气质量有重大影响。

2.1 PM2.5与糖代谢的关系

2型糖尿病是一种发病率高的慢性代谢紊乱疾病，其主要特征是高血糖和胰岛素相对缺乏或分泌不足而引起的胰岛素抵抗，而全身的糖脂代谢紊乱，则起着加重组织及机体胰岛素抵抗的作用[4]。PM2.5是造成雾霾天气的主要污染物，严重影响机体健康，PM2.5粒径小，活性大，易吸附多种有害物质，通过激活某些信号通路途径引起胰岛素靶组织的氧化应激和炎症反应，线粒体功能失调，使机体出现糖代谢紊乱，促进糖尿病的发生或使病情加重[5]。

流行病调查显示[6-8]，长期暴露PM2.5会对机体糖耐量、胰岛素敏感性和血脂浓度产生不利影响，环境空气污染物可能参与了2型糖尿病及相关后遗症的病理生理过程，会增加患糖尿病的风险，且随着暴露时间的增加，关联程度变强。PM2.5浓度每增加3.1μg/m3, 2型糖尿病的发病率上升11% (95%CI:2%~22%)，且空腹血糖及糖化血红蛋白水平分别上升0.26 mmol/L和0.08%。另一项流行病学研究发现，短期接触PM2.5会导致胰岛素敏感性降低，而相反的总胆固醇、胰岛素、空腹血糖和胰岛素抵抗升高[9]。

动物实验提供了进一步的机制合理性，即呼吸 PM2.5会增加代谢紊乱的风险。PM2.5可诱导机体出现糖代谢异常、胰岛素抵抗等。PM2.5可使机体产生过多活性氧，引起氧化应激、炎症反应，IL-6和TNF-α在蛋白和基因水平均升高，并改变CC-趋化因子受体2信号通路；还可以诱导的全身性胰岛素抵抗，全身性胰岛素抵抗指标，包括空腹血糖、空腹血糖、胰岛素抵抗指数和糖化血红蛋白，随着PM2.5滴注浓度的增加而上调；肝损伤标志物谷丙转氨酶（ALT）、谷草转氨酶（AST）和总胆红素（TIBL）也升高，进一步提示肝损伤。除肝脏损伤外，还有全身炎症和肝脏炎症，从而引发机体细胞功能紊乱与凋亡、影响糖代谢紊乱并诱导胰岛β细胞的凋亡，导致胰岛素分泌受损，机体糖代谢发生损伤[9-11]。Laing等研究[12]发现PM2.5暴露诱发了内质网应激反应并且激活了肺和肝脏组织的未折叠蛋白反应，进一步诱导胰岛β细胞的凋亡，导致胰岛素分泌受损，葡萄糖转运蛋白表达降低；PM2.5还可影响脂蛋白的结构与功能，修饰高密度脂蛋白和低密度脂蛋白，产生聚集的高密度脂蛋白和氧化的低密度脂蛋白，同时伴随着载脂蛋白B的降解，这也为PM2.5与糖尿病之间的联系提供了线索。

3.1 PM2.5影响糖代谢的潜在机制

PM2.5可能潜在地引发胰岛素抵抗的途径包括全身炎症(细胞或细胞因子介导的)、下丘脑-肾上腺应激反应、组织水平的氧化应激改变胰岛素信号级联、PM2.5进入循环对胰岛素信号的直接作用、一氧化氮的生物利用度降低、由于内皮功能障碍或血管收缩导致的组织灌流迟钝、高密度脂蛋白颗粒功能改变和/或交感神经活动的相对增强[13,14]。除了细胞因子的直接作用，炎症机制还可能涉及PM成分(例如，脂多糖)或氧化脂肪酸/磷脂激活模式识别受体，如Toll样受体4。PM2.5对机体糖代谢的影响是复杂的，需要采用更复杂的胰岛素敏感性测量方法(例如葡萄糖钳夹、葡萄糖耐量试验)进一步的研究，来更好地阐明PM2.5改变人类代谢胰岛素敏感性的机制。

参考文献

[1]T.D. Nelin, A.M. Joseph, M.W. Gorr, L.E. Wold, Direct and indirect effects of particulate matter on the cardiovascular system[J]. Tox icology letters2012, 208(3) : 293-299.

[2]J.O. Anderson, J.G. Thundiyil, A. Stolbach,Clearing the air: a review of the effects of particulate matter air pollution on human health[J]. Journal of Medical Toxicology,2012, 8(2) :166-175.

[3]Health Effects Institute. State of global air 2021[R]. Boston, MA: Health Effects Institute, 2021.

[4]刘福君,常李李,王为兰,李金耀.肝脏胰岛素抵抗与2型糖尿病[J].中国医学科学院学报,2022,44(04):699-708.

[5]王敏珍,郑山.大气PM2.5暴露对人群2型糖尿病影响的研究进展[J].环境与职业医学,2018,35(02):137-142.

[6]HANSEN A B,RAVNSKJAER L,LOFT S,et al.Long-term exposure to fine particulate matter and incidence of diabetes in the Danish Nurse Cohort[J].Environment International,2016,91(5):243-250.

[7]Lee M, Ohde S. PM2.5 and Diabetes in the Japanese Population[J]. Int J Environ Res Public Health,2021,18(12):6653.

[8]HANSEN A B, RAVNSKJAER L, LOFT S, et al.Long-term exposure to fine par- ticulate matter and incidence of diabetes in the Danish Nurse Cohort[J]. Envir on Int,2016,91:243-250.

[9]CHEN Z,SALAM M T,TOLEDO-CORRAL C,et al.Ambient air pollutants have adverse effects on insulin and glucose homeostasis in mexican americans[J]. Dia- betes Care,2016,39(4):547-554.

[10]李灵欢,姚元发,李汉兵.PM2.5对胰岛素抵抗的影响及机制研究进展[J].中国药理学与毒理学杂志,2016,30(11):1230-1236.

[11]GOETTEMS FIORIN P B, GROCHANKE B S, BALDISSERA F G, et al. Fine particulate matter potentiates type 2 diabetes development in high-fat diet-treated mice: stress response and extracellular to intracellular HSP70 ratio analysis[J]. Journal of Physiology and Biochemistry,2016,72(4):643-656.

[12]LAING S, WANG G, BRIAZOVA T, et al. Airbore particulate matter selectively activates endoplasmic reticulum stress response in the lung and liver tissues[J]. American Jounal of Physiology-Cell Physiology,2010,299(4):736-749.

[13]Ghanbari Mahshid, Sadeghimahalli Forouzan. Aqueous and alcoholic extracts of Artemisia annua L. improved insulin resistance via decreasing TNF-alpha, IL-6 and free fatty acids in high-fat diet/streptozotocin-induced diabetic mice[J]. Avicenna J Phytomed,2022,12(1) :54-66.

[14]Sorrenti Valeria, Consoli Valeria, Grosso Salvo, et al. Bioactive Compounds from Lemon Extract Overcome TNF-α-Induced Insulin Resistance in Cultured Adipocytes[J]. Molecules,2021,26(15):1004.

作者信息：冯亚楠，1994.10， 甘肃省庆阳市庆城县，在读硕士研究生， 单位：华北理工大学公共卫生学院，研究方向：劳动卫生与环境卫生